超大規(guī)模海上施工平臺施工設(shè)計

喬長慶

（中鐵十五局集團第二工程有限公司 上海 201714）

1 工程概況

杭州灣地區(qū)環(huán)線并行線G92N寧波段濱海樞紐互通采用變形苜蓿葉形（單環(huán)式）與甬舟高速正交互通，占海域面積約408 707 m2。建成后將成為亞洲最大的海上互通立交樞紐工程。濱海互通由總長2 390 m的主線高架橋和A～H共計8條匝道橋構(gòu)成，均位于海中，其中主線下穿A、D、G、F匝道，上跨金塘跨海大橋（甬舟高速），形成上中下三層復(fù)雜立交結(jié)構(gòu)。匝道橋基礎(chǔ)采用鉆孔樁＋矩形柱式墩＋系梁，上部結(jié)構(gòu)均為鋼－混凝土組合梁結(jié)構(gòu)形式。本工程地質(zhì)和水文情況復(fù)雜，氣象條件惡劣，工期緊，具有橋梁工程規(guī)模大、建設(shè)條件復(fù)雜、技術(shù)難度大和建設(shè)風險高的特點［1－3］。

2 海上施工平臺設(shè)計思路

本工程海上施工平臺按照滿足功能需求、動態(tài)布置的原則［4－5］，項目部依托公司科技中心專家、項目技術(shù)骨干、外聘專家和技術(shù)咨詢單位組成科研團隊進行科技攻關(guān)。首先進行施工的功能需求分析，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)信息，明確施工技術(shù)路線，依據(jù)功能需求確定臨時設(shè)施，組織物流交通線路，初步實現(xiàn)與技術(shù)路線相符合的海上橋梁施工平臺功能需求；然后進行施工平臺規(guī)劃設(shè)計，在滿足功能要求的前提下，確定海上施工平臺各項技術(shù)參數(shù)、設(shè)備型號、作業(yè)平臺位置等。通過技術(shù)論證確定設(shè)計方向，聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)團隊進行技術(shù)攻關(guān)，并進行專項設(shè)計及受力驗算，確保結(jié)構(gòu)可靠。施工階段，在節(jié)約成本及滿足工期的前提下，分階段分區(qū)域進行。對施工平臺進行動態(tài)監(jiān)控，并根據(jù)施工情況，及時拆除不需要的棧橋，見圖1。

圖1 海上施工平臺設(shè)計思路

3 海上施工總體技術(shù)路線及平臺分區(qū)

3.1 施工技術(shù)總體路線

特殊的結(jié)構(gòu)和施工條件決定了本工程的施工過程設(shè)計需統(tǒng)籌兼?zhèn)洹⒕C合布設(shè)、平臺共用、安拆有序［6］。濱?；ネò凑沼蓽\及深、從下到上、分區(qū)域分階段原則組織施工。首先沿設(shè)計線路搭設(shè)海上施工棧橋，然后依托棧橋搭設(shè)施工作業(yè)平臺，完成基礎(chǔ)及下部構(gòu)造施工。樁基采用反循環(huán)鉆施工，鋼筋籠在鋼筋加工場制作后運至施工現(xiàn)場。承臺采用托梁套箱法施工，選擇低水位時間，在鋼護筒外壁焊接牛腿，搭設(shè)承重梁，吊裝預(yù)制混凝土底模，澆筑預(yù)制底板濕接縫混凝土，拼裝鋼套箱，底板止水后完成鋼筋綁扎、混凝土澆筑施工。墩柱采用大型整體鋼模板，一次澆筑成型。墩柱鋼筋結(jié)構(gòu)較大，吊裝運輸變形大，采用初步加工成型＋海上平臺整形后再吊裝施工的方法。上部構(gòu)造安裝施工時，互通區(qū)內(nèi)先場外組合，后通過船舶運輸至卸貨碼頭，采用提梁機、架橋機架設(shè)，部分區(qū)域無法使用架橋機架設(shè)的可依托重型棧橋，履帶吊架梁。

3.2 海上施工平臺交通物流分析

海上施工物流交通依托海上運輸平臺連接施工作業(yè)平臺實現(xiàn)?；炷涟韬驼?、鋼筋加工場、鋼梁加工場、卸貨碼頭、存梁平臺、提梁站等生產(chǎn)設(shè)施和工點通過棧橋、車輛和船舶相互聯(lián)系，共同形成一個完整的交通物流網(wǎng)絡(luò)，為施工順利進行提供基礎(chǔ)物質(zhì)保證。根據(jù)主體結(jié)構(gòu)施工特點，可分為兩個階段，見圖2。

圖2 各施工階段交通網(wǎng)絡(luò)

在基礎(chǔ)及下部構(gòu)造施工階段，以拌和站、鋼筋加工場為交通中心，岸上人員、機械設(shè)備、鋼筋加工場的成品鋼筋、拌和站中的混凝土，需沿互通區(qū)支棧橋通向互通區(qū)，依托主線棧橋、匝道棧橋運輸至各個施工作業(yè)平臺，形成以建筑材料至施工點、施工點位置根據(jù)進度情況進行調(diào)整的放射型交通樹狀網(wǎng)絡(luò)。

在上部構(gòu)造施工階段，特別是梁體安裝施工階段，以卸貨碼頭為中心，根據(jù)梁體架設(shè)要求，結(jié)合現(xiàn)場的條件，以梁體運輸路線和架設(shè)路線主干的擴張型交通流為主。梁體通過船只運輸至卸貨平臺，然后通過提梁站、架橋機架設(shè)至設(shè)計位置。另一個路線為通過卸貨平臺，依靠現(xiàn)有棧橋，運輸至架梁區(qū)，通過履帶吊吊裝至設(shè)計位置。

3.3 海上施工平臺分區(qū)位置

根據(jù)交通物流分析，對拌和站、鋼筋加工場、卸貨平臺、提梁站在充分考慮征地、滿足海事部門要求的前提下，結(jié)合施工技術(shù)難度、成本等因素，首先確定施工棧橋的走向；然后根據(jù)物流情況，初步沿匝道線路方向?qū)⑹┕み\輸平臺線路繪制于施工平面布置圖上；最后根據(jù)每段棧橋的使用功能（是否過履帶吊、是否過運梁車、是否用履帶吊吊裝鋼梁），確定具體樁號。通過功能需求確定棧橋受力情況進而進行分段定位。

4 海上平臺施工設(shè)計

從施工控制和成本節(jié)約等角度考慮，海上施工平臺采用模塊化設(shè)計，以提高海上施工平臺材料周轉(zhuǎn)率，達到快速設(shè)計、便捷施工、節(jié)約成本的目的［7－8］。

4.1 海上運輸平臺的施工設(shè)計

濱?；ネㄖ饕ㄟ^搭設(shè)鋼棧橋作為物流交通干道，用來連接場站和各個施工點。棧橋邊線與匝道橋箱梁投影邊線相距2 m，鋼棧橋設(shè)計寬度為9.0 m，標準跨長12 m，每3～5跨設(shè)置制動墩，設(shè)伸縮縫1 道。根據(jù)施工需要按荷載 100 t、150 t、200 t調(diào)整分配梁、貝雷片間距進行斷面布置，見圖3。不同斷面結(jié)合地質(zhì)條件、受力特點確定樁長。

圖3 海上運輸平臺（棧橋）斷面

4.2 海上作業(yè)平臺的施工設(shè)計

海上作業(yè)平臺為樁基、墩臺施工提供作業(yè)面。濱海互通匝道作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)類型較多，根據(jù)橋梁設(shè)計特點，分為單獨作業(yè)平臺和作業(yè)平臺＋支棧橋兩種結(jié)構(gòu)類型。

在施工棧橋空間滿足的情況下，依托施工棧橋連接施工作業(yè)平臺，部分機械短時間可在施工棧橋上進行作業(yè)。若達不到要求，則采用作業(yè)平臺＋支棧橋類型，施工機械可以在支棧橋上作業(yè)并長時間停放，不干擾棧橋交通。平臺橋面采用 12a型鋼＋10 mm花紋板的組合橋面體系，主體結(jié)構(gòu)為貝雷梁＋鋼管樁結(jié)構(gòu)形式。

4.3 海上卸貨碼頭的施工設(shè)計

為架設(shè)2.4萬t鋼混組合梁設(shè)卸貨平臺1座，位于甬舟高速以南約355 m處、主線B128～B129墩之間。卸貨碼頭由2個工作平臺、1個存梁平臺和靠船樁組成，見圖4。U型港池長約78 m，寬約18 m，兩側(cè)為臨時卸貨平臺，采用2臺100 t跨港池龍門吊卸貨，兩側(cè)卸貨平臺上各設(shè)有1條龍門吊軌道，軌距32 m。

圖4 海上卸貨平臺（碼頭）布置

臨時卸貨平臺采用鋼結(jié)構(gòu)，樁基采用φ800鋼管樁，樁上設(shè)雙榀 40a型鋼作為橫梁，縱梁采用HN650型鋼及 14a分配梁，上鋪10 mm厚花紋鋼板。卸貨平臺側(cè)面設(shè)鋼管樁輪胎護舷。卸貨平臺可兼作橋墩鉆孔平臺。

4.4 海上提梁站的施工設(shè)計

在F0～F2和E14～E16墩跨處各設(shè)1處提梁站，提梁站采用跨墩龍門吊形式，由具有專業(yè)資質(zhì)單位進行設(shè)計，型號為DTJ90×2提梁站。一組提梁站設(shè)置兩個跨墩龍門吊機，全橋共2個。每組提梁站的龍門吊機跨距按24 m考慮，橫橋向跨越棧橋和起始橋跨。龍門吊機具體結(jié)構(gòu)及布置見圖5。

圖5 海上提梁站設(shè)計斷面（單位：m）

5 海上施工平臺受力驗算及分析

整體受力計算分正常工作階段及非工作階段兩種情況考慮。不同階段考慮兩種荷載組合形式，即標準組合和基本組合［9－10］。荷載組合形式：

標準組合計算結(jié)果用來評價剛度指標，基本組合計算結(jié)果用來評價結(jié)構(gòu)強度指標。在施工過程中正常工作狀態(tài)主要考慮的荷載有：恒載、履帶吊自重＋吊重、水流力、風荷載；在非正常工作狀態(tài)下作業(yè)平臺上人員及車輛設(shè)備均需撤離，計算時只考慮風荷載與水流力作用。

采用有限元軟件進行仿真模擬，計算得出的各構(gòu)件最大軸力、最大彎矩、撓度均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，見圖6。依據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》驗算鋼管樁基礎(chǔ)嵌固深度、入土深度及整體穩(wěn)定性［11］。

圖6 海上施工平臺仿真計算模型

6 海上施工平臺施工與監(jiān)測

海上平臺在施工前，編制專項施工方案并上報進行評審，同時利用BIM技術(shù)進行濱?；ネㄊ┕み^程模擬，并邀請專家對施工模擬過程進行綜合評價。

鋼棧橋、作業(yè)平臺采用“釣魚法”施工，見圖7。施工過程中，嚴密監(jiān)測棧橋格構(gòu)柱相對沉降、橋面撓度、裂縫情況，定期檢查鋼管樁的腐蝕情況。如出現(xiàn)裂縫過大、撓度過大等異常情況，應(yīng)立即停止使用。棧橋由專人管理，控制人員及車輛出入［12］。

圖7 海上施工平臺鳥瞰圖

7 結(jié)束語

（1）本濱?；ネ椖渴芎r、設(shè)計、海事等影響，異常復(fù)雜，施工難度大，其施工技術(shù)路線的確定，對施工平臺設(shè)計起決定性作用。施工難度和施工條件的限制，決定了其施工技術(shù)路線需要和多方溝通，不斷論證、不斷完善。

（2）按照功能復(fù)合、動態(tài)布置原則，嚴格執(zhí)行施工技術(shù)路線，選定臨時設(shè)施，以海上物流交通組織為中心進行平面布置，通過不同施工階段的交通物流分析，對其功能進行分區(qū)，根據(jù)受力特點，確定常規(guī)棧橋、重型棧橋具體段落和位置，為濱海互通施工設(shè)計做好準備。

（3）濱?；ネㄊ┕て脚_設(shè)計涉及船舶碼頭、起重設(shè)備和海洋環(huán)境保護等專業(yè)性較強的知識。通過團隊科研攻關(guān)，確保了其功能的實用性、設(shè)計的專業(yè)性、結(jié)構(gòu)的可靠性。

（4）本工程結(jié)合不同施工階段的平臺功能需求，對海上施工平臺進行系統(tǒng)化、模塊化設(shè)計，提高了材料的周轉(zhuǎn)率和施工速度，確保了杭甬復(fù)線高速濱?；ネǔ笠?guī)模施工平臺順利施工。